基于重復(fù)控制的雙DSP+FPGA三相逆變器

基于雙DSP+FPGA的三相逆變器的設(shè)計與實現(xiàn)

三相逆變器作為現(xiàn)在一種常用的電力電子設(shè)備，對輸出電壓控制系統(tǒng)需同時實現(xiàn)兩個目標:高動態(tài)響應(yīng)和高穩(wěn)態(tài)波形精度。諸如PID、雙閉環(huán)PID、狀態(tài)反饋等控制方案，雖然能實現(xiàn)高動態(tài)特性，但是不能滿足高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)波形。

本文利采用雙閉環(huán)PI和重復(fù)控制相結(jié)合的控制方案，首先用雙閉環(huán)PI控制算法，得到高動態(tài)特性的三相交流電，不過不能滿足高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)波形，因為用電壓質(zhì)量要求比較高的非線性負載———鎮(zhèn)流器是電感式的鈉燈作為三相逆變器的負載時，鈉燈不能穩(wěn)定的工作(會高頻率地閃爍)，針對這一問題，在雙閉環(huán)PI的基礎(chǔ)上加重復(fù)控制補償，建立MATLAB 仿真，并在雙DSP+FPGA 硬件架構(gòu)中高效精確的實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，加上重復(fù)控制補償后，鈉燈能夠穩(wěn)定的工作，三相逆變器的穩(wěn)態(tài)性能得到了很大的改善。

1 三相逆變器數(shù)學(xué)模型的建立

三相LC逆變器的主電路拓撲如圖1，組成部分主要有三相逆變橋、三相濾波電感L、三相濾波電容C 。

圖1 LC 三相逆變器的主電路拓撲

定義三相逆變器負載側(cè)輸出電壓為uoA、uoB、uoC，輸出電流為ioA、ioB、ioC，三相逆變器電感L 側(cè)輸入電壓為uA、uB、uC，輸出電壓為uoA、uoB、uoC，流過電感的電流為iaL、ibL、icL。

以電感電流和輸出電壓為狀態(tài)變量，建立在三相靜止坐標系中的狀態(tài)空間表達式如下。

狀態(tài)方程為:

輸出方程為:

dk-調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號。

以上為三相逆變器的靜止坐標系中的數(shù)學(xué)模型，下面討論其解耦模型。

引入如下三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換關(guān)系式:

將式(3)代入式(1)，即可得到在兩相靜止坐標系下控制對象的傳遞函數(shù)表達式如下:

從上面的控制對象的傳遞函數(shù)表達式可知，α軸和β軸已經(jīng)完全解耦，各自等效為單相半橋逆變器。

從上面的分析可以看到:①在兩相靜止坐標系下，三相逆變器是完全解耦的，可等效為兩個單相半橋逆變器。②三相解耦后的模型與單相逆變器模型相同，所以三相逆變器的控制的分析與設(shè)計方法可以借鑒單相逆變器。